Припливні електричні станції (ПЕС)
Енергія морських припливів, яку інколи називають “місячна енергія, відома людству з давен, і ще тоді її використовували для приведення в рух різних механізмів, в основному млинів, а також для зрошування (в Німеччині), для постачання води за допомогою водопідйомних машин (в Англії) і ін.
ПЕС може також працювати з річковою ГЕС, що має водосховище. Під час сумісної роботи з ГЕС ця електростанція збільшує потужність при спаді потужності ПЕС і її зупинці. Коли ПЕС працює з великою потужністю, ГЕС накопичує воду у водосховище. Таким чином можна зменшити як добову, так і сезонну нерівномірність роботи ПЕС.
Враховуючи те, що ПЕС працюють в умовах швидкої зміни напору, їх турбіни повинні мати великий ККД при змінних напорах. На даний час створена достатньо досконала і компактна горизонтальна турбіна подвійної дії. Електричний генератор і частина деталей турбіни заключені у водонепроникній капсулі, що занурена у воду.
У 70-х роках минулого століття перетворювачі хвильової енергії морських хвиль в електричну почали використовувати для освітлення навігаційних буїв. Встановлений на буї турбогенератор служив для підзарядки акумуляторів, від яких енергія надходила до освітлювального приладу.
На даний час хвильова електростанція, яка здатна перетворювати не тільки потенційну енергію, а й кінетичну, потужністю 2 ГВт, проектується у Великобританії для Гебридських островів. Вона простягнеться вздовж берега на десятки кілометрів і буде складатися з окремих модулів потужністю по 5 МВт. Корпус модуля висотою 84 м, шириною 15 м і довжиною 84 м виконується з залізобетону. Будівництво електростанції має також мету – захист узбережжя від руйнування.
В нашій країні роботи зі створення хвильових електростанцій відновилися теж у 70-х роках у Київському політехнічному університеті. На Чорному морі проводились випробування установки, в якій електроенергія виробляється при переміщенні (або гойданні) постійного магніту відносно електричної обмотки. Корисна потужність установки при двобальних хвилях складала біля 4 кВт.
Під впливом тяжіння Місяця і Сонця відбуваються періодичні підняття і опускання поверхні морів і океанів – приливи і відливи. Частинки води здійснюють при цьому і вертикальні і горизонтальні рухи. Найбільші приливи спостерігаються в дні сизигий (молодих і повних місяців), найменші (квадратура) співпадають з першою і останньою чвертями Місяця. Між сизигиями і квадратурою амплітуди приливів можуть змінюватися в 2,7 раз.
Унаслідок зміни відстані між Землею і Місяцем, припливоутворююча сила Місяця протягом місяця може змінюватися на 40%, зміна припливоутворюючої силскладає лише 10%. Місячні приливи в 2,17 раз перевищують сонячні.
Основний період приливів півдобовий. Приливи з такою періодичністю переважають в Світовому океані. Спостерігаються також приливи добові і змішані. Характеристики змішаних приливів змінюються протягом місяця залежно від відміни Місяця.
У відкритому морі підйом водної поверхні під час приливу не перевищує 1 м. Значно більшої величини приливи досягають в гирлах річок, протоках і в затоках, що поступово звужуються, із звивистою береговою лінією. Найбільшої величини приливи досягають в затоці Фанді (Атлантичне побережжя Канади). У порту Монктон в цій затоці рівень води під час приливу піднімається на 19,6 м. У Англії, в гирлі річки Северн, що впадає в затоку Брістольський, найбільша висота приливу складає 16,3 м. На Атлантичному побережжі Франції, у Гранвіля, прилив досягає висоти 14,7 м, а в районі Сен-мало до 14 м. У внутрішніх морях приливи незначні. Так, у Фінській затоці, поблизу Ленінграда, величина приливу не перевищує 4...5 см, в Чорному морі, у Трапезунда, доходить до 8 см.
Коли час проходження приливної хвилі по затоці співпадає з періодом коливань припливоутворюючої сили, виникає явище резонансу, і амплітуда коливань водної поверхні сильно зростає.
У гирлах річок приливні хвилі розповсюджуються вгору за течією, зменшують швидкість течії і можуть змінити його напрям на протилежний. На Північній Двіне дія приливу позначається на відстані до 200 км. від гирла вгору по річці, на Амазонці – на відстані до 1 400 км. На деяких річках (Северн і Трент в Англії, Сіно і Орне у Франції, Амазонка в Бразилії) приливна течія створює круту хвилю заввишки 2-5 м, яка розповсюджується вгору по річці із швидкістю 7 м/сек. За першою хвилею може слідувати декілька хвиль менших розмірів. У міру просування вверх хвилі поступово слабшають, при зустрічі з мілинами і перешкодами вони Сонця за рік з шумом дробляться і піняться. Явище це в Англії називається бор, у Франції маскаре, в Бразилії поророка.
В більшості випадків хвилі бору заходять вгору по річці на 70-80 км., на Амазонці ж до 300 км. Спостерігається бор зазвичай під час найбільш високих приливів.
У наш час приливна енергія в основному перетворюється на електричну енергію на приливних електростанціях і вливається потім в загальний потік енергії, що виробляється електростанціями всіх типів. На відміну від гідроенергії річок, середня величина приливної енергії мало міняється від сезону до сезону, що дозволяє приливним електростанціям більш рівномірно забезпечувати енергією промислові підприємства.
У приливних електростанціях використовується перепад рівнів води, що утворюється під час приливу і відливу. Для цього відокремлюють прибережний басейн невисокою дамбою, яка затримує приливну воду при відливі. Потім воду випускають, і вона обертає гідротурбіни
Поки енергія приливних електростанцій обходиться дорожчим за енергію теплових електростанцій, але при раціональнішому здійсненні будівництва гідроспоруд цих станцій вартість енергії, що виробляється ними, цілком можна понизити до вартості енергії річкових електростанцій. Оскільки запаси приливної енергії планети значно перевершують повну величину гідроенергії річок, можна вважати, що приливна енергія гратиме помітну роль в подальшому прогресі людського суспільства.
Світову спільноту припускає лідируючі використання в ХХI столітті екологічно чистій і поновлюваній енергії морських приливів. Її запаси можуть забезпечити до 15 % сучасного енергоспоживання.
33-річний досвід експлуатації перших в світі ПЕС - Ранс у Франції і Кислогубськой в Росії - довели, що приливні електростанції:
стійко працюють в енергосистемах як в базі так і в пік графіка навантажень при гарантованому постійному місячному виробленні електроенергії
не забруднюють атмосферу шкідливими викидами на відміну від теплових станцій
не затоплюють земель на відміну від гідроелектростанцій
не представляють потенційної небезпеки на відміну від атомних станцій
капітальні вкладення на споруди ПЕС не перевищують витрат на ГЕС
вартість електроенергії найдешевша в енергосистемі (доведено за 35 років на ПЕС Ранс - Франція).
Екологічна характеристика приливних електростанцій
Екологічна безпека:
дамби ПЕС біологічно проникні
пропуск риби через ПЕС відбувається практично безперешкодноосновна кормова база рибного стада – планктон( на ПЕС гине 5-10 % планктону, а на ГЕС - 83-99 %)
зниження солоності води в басейні ПЕС, що визначає екологічний стан морської фауни і льоду складає 0,05-0,07 %, тобто практично невідчутно
льодовий режим в басейні ПЕС лагідніє
не спостерігається нажимного дії льоду на споруду
розмив дна і рух наносів повністю стабілізуються протягом перших двох років експлуатації
наплавний спосіб будівництва дає можливість не зводити в створах ПЕС тимчасові крупні бази буд, споруджувати перемички і інше, що сприяє збереженню навколишнього середовища в районі ПЕС
виключений викид шкідливих газів, радіоактивних і теплових відходів, транспортування, переробка, спалювання і поховання палива, запобігання спалюванню кисню повітря, затоплення територій, загроза хвилі прориву
ПЕС не загрожує людині, а зміни в районі її експлуатації мають лише локальний характер, причому, в основному, в позитивному напрямі.
Соціальне значення приливних електростанцій
Приливні електростанції не надають шкідливої дії на людину:
немає шкідливих викидів (на відміну від ТЕС)
немає затоплення земель і небезпеки хвилі прориву в нижній б'єф (на відміну від ГЕС)
немає радіаційної небезпеки (на відміну від АЕС)
вплив на ПЕС катастрофічних природних і соціальних явищ (землетруси, повені, військові дії) не загрожують населенню в тих, що примикають до ПЕС районах.
Сприятливі чинники в басейнах ПЕС:
пом'якшення (вирівнювання) кліматичних умов на тих, що примикають до басейну ПЕС територіях
захист берегів від штормових явищ
поліпшення транспортної системи району
виняткові можливості розширення туризму.
Висновки
Припливні електростанції є новим напрямом енерговиробництва. Потенційна енергія припливів має значні ресурси.
Найбільш суттєвий недолік ПЕС – нерівномірність їх роботи протягом місячної доби і місяця, що відрізняються від сонячних. Це не дозволяє систематично використовувати енергію у періоди максимального споживання її в системі. Компенсація нерівномірності роботи ПЕС можлива шляхом сумісної роботи її з ГАЕС. В той час, коли надлишкова потужність виробляється ПЕС, ГАЕС працює у насосному режимі, споживаючи цю потужність і перекачуючи воду у верхній басейн. Під час спадів у роботі ПЕС, ГАЕС працює у генераторному режимі і віддає електроенергію у систему. Технічно такий проект дуже добрий, але вартість його велика за рахунок великої вартості потужних електричних машин, що необхідно встановлювати.
Отже, велика вартість припливних станцій і труднощі, що пов'язані з нерівномірністю їх роботи (пульсуючий характер видачі потужності), не дозволяють поки що вважати припливні станції достатньо ефективними, в зв'язку з чим їх розвиток іде повільно.
Список використаної літератури:
Усачев И.Н. Приливные электростанции. - М.:Энергия, 2002.
Усачев И.Н. Экономическая оценка приливных электростанций с учетом экологического эффекта.
Труды XXI Конгресса СИГБ. - Монреаль, Канада, 16-20 июня 2003.
Велихов Е.П., Галустов К.З., Усачев И.Н., Кучеров Ю.Н., Бритвин С.О., Кузнецов И.В., Семенов И.В.,
Кондрашов Ю.В. Способ возведения крупноблочного сооружения в прибрежной зоне водоема и плавкомплекс для осуществления способа.
Усачев И.Н., Прудовский А.М., Историк Б.Л., Шполянский Ю.Б. Применение ортогональной турбины на приливных электростанциях. Гидрот ехническое строительство. – 1998. – № 12.